【摘 要】
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Ni-Mn-Sn合金可以由磁场直接诱发母相到马氏体相之间的转变,具有响应频率高,输出应力大的特点。与此同时,在磁驱相变的过程中,伴随着丰富的物理内涵与现象,使其具备广阔的应用前景。但是该合金脆性大、驱动门槛值高的问题严重制约了它的应用与发展。本文通过掺杂Fe元素,在提高Ni-Mn-Sn合金磁性能的同时改善了合金的力学性能。采用非自耗真空电弧熔炼制备Ni50-xFexMn38Sn12（x=0,3 a
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Ni-Mn-Sn合金可以由磁场直接诱发母相到马氏体相之间的转变,具有响应频率高,输出应力大的特点。与此同时,在磁驱相变的过程中,伴随着丰富的物理内涵与现象,使其具备广阔的应用前景。但是该合金脆性大、驱动门槛值高的问题严重制约了它的应用与发展。本文通过掺杂Fe元素,在提高Ni-Mn-Sn合金磁性能的同时改善了合金的力学性能。采用非自耗真空电弧熔炼制备Ni50-xFexMn38Sn12（x=0,3 at.%）及Ni50-xFexMn39Sn11（x=0,3,4,6 at.%）的合金材料。同时采用扫描电镜观察、X射线衍射分析、示差量热扫描分析、室温压缩试验、物性测量等测试方法系统研究了 Ni-Mn-Sn-Fe合金的显微组织结构、马氏体相变行为、力学性能与磁性能及其影响因素,阐明了 Fe元素对组织结构以及相变的影响规律;通过断口分析揭示了 Fe元素对Ni-Mn-Sn合金的增韧机制;并通过第一性原理揭示了 Fe掺杂对Ni-Mn-Sn磁性质的影响机理。研究结果表明,在Ni-Mn-Sn合金中掺杂Fe元素替代Ni可以引入第二相,随着掺杂Fe含量的增加,第二相的体积分数逐渐增加。Ni50-xFexMn38Sn12（x=0,3 at.%）及 Ni50-xFexMn39Sn11（x=0,3,4,6 at.%）合金在冷却与加热过程中发生热弹性马氏体相变及逆相变,Fe元素的掺杂改变了合金的基体成分,随着Fe含量的增加,马氏体相变温度降低。压缩断裂试验结果表明,Fe的掺杂可以显著改变Ni-Mn-Sn合金的力学性能。Fe元素的含量对合金的压缩断裂强度和断裂应变有显著影响。当Fe掺杂含量为4at.%时,压缩断裂强度达到724MPa断裂应变达到9.24%。Fe掺杂可以改善合金力学性能的原因主要是因为Fe的掺杂改变了 Ni-Mn-Sn合金的断裂方式。Ni-Mn-Sn基体合金的断裂方式为沿晶断裂,因此脆性很大,机械性能很差;随着Fe掺杂含量由0 at.%的增加到4at.%,其断裂方式逐渐转变为穿晶解理断裂,断口呈现较多的韧性撕裂棱,塑性明显增强。但是当Fe含量达到6at.%时,由于合金中第二相的体积分数明显增加将基体割裂成小岛状,在第二相与基体的相界面处容易产生应力集中,导致裂纹的形成与扩展。因此合金的断裂强度及断裂应变与Fe含量4 at.%相比稍有降低。磁性测试表明,掺杂Fe可以提高合金两相之间的饱和磁化强度差,两相之间的饱和磁化强度大达到 28.1emu/g,并且Ni50Mn39Sn11、Ni47Fe3Mn39Sn11、Ni46Fe4Mn39Sn11 和 Ni44Fe6Mn39Sn11合金可以由磁场驱动其马氏体相变,掺杂Fe后的合金磁驱相变更为明显。
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